]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Analysis/BasicAliasAnalysis.cpp
Update libc++ to 3.7.0 release.
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / lib / Analysis / BasicAliasAnalysis.cpp
1 //===- BasicAliasAnalysis.cpp - Stateless Alias Analysis Impl -------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file defines the primary stateless implementation of the
11 // Alias Analysis interface that implements identities (two different
12 // globals cannot alias, etc), but does no stateful analysis.
13 //
14 //===----------------------------------------------------------------------===//
15
16 #include "llvm/Analysis/Passes.h"
17 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
18 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
19 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
20 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
21 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
22 #include "llvm/Analysis/CaptureTracking.h"
23 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
24 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
25 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
26 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
27 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
28 #include "llvm/IR/Constants.h"
29 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
30 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
31 #include "llvm/IR/Dominators.h"
32 #include "llvm/IR/Function.h"
33 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
34 #include "llvm/IR/GlobalAlias.h"
35 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
36 #include "llvm/IR/Instructions.h"
37 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
38 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
39 #include "llvm/IR/Operator.h"
40 #include "llvm/Pass.h"
41 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
42 #include <algorithm>
43 using namespace llvm;
44
45 /// Cutoff after which to stop analysing a set of phi nodes potentially involved
46 /// in a cycle. Because we are analysing 'through' phi nodes we need to be
47 /// careful with value equivalence. We use reachability to make sure a value
48 /// cannot be involved in a cycle.
49 const unsigned MaxNumPhiBBsValueReachabilityCheck = 20;
50
51 // The max limit of the search depth in DecomposeGEPExpression() and
52 // GetUnderlyingObject(), both functions need to use the same search
53 // depth otherwise the algorithm in aliasGEP will assert.
54 static const unsigned MaxLookupSearchDepth = 6;
55
56 //===----------------------------------------------------------------------===//
57 // Useful predicates
58 //===----------------------------------------------------------------------===//
59
60 /// isNonEscapingLocalObject - Return true if the pointer is to a function-local
61 /// object that never escapes from the function.
62 static bool isNonEscapingLocalObject(const Value *V) {
63   // If this is a local allocation, check to see if it escapes.
64   if (isa<AllocaInst>(V) || isNoAliasCall(V))
65     // Set StoreCaptures to True so that we can assume in our callers that the
66     // pointer is not the result of a load instruction. Currently
67     // PointerMayBeCaptured doesn't have any special analysis for the
68     // StoreCaptures=false case; if it did, our callers could be refined to be
69     // more precise.
70     return !PointerMayBeCaptured(V, false, /*StoreCaptures=*/true);
71
72   // If this is an argument that corresponds to a byval or noalias argument,
73   // then it has not escaped before entering the function.  Check if it escapes
74   // inside the function.
75   if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(V))
76     if (A->hasByValAttr() || A->hasNoAliasAttr())
77       // Note even if the argument is marked nocapture we still need to check
78       // for copies made inside the function. The nocapture attribute only
79       // specifies that there are no copies made that outlive the function.
80       return !PointerMayBeCaptured(V, false, /*StoreCaptures=*/true);
81
82   return false;
83 }
84
85 /// isEscapeSource - Return true if the pointer is one which would have
86 /// been considered an escape by isNonEscapingLocalObject.
87 static bool isEscapeSource(const Value *V) {
88   if (isa<CallInst>(V) || isa<InvokeInst>(V) || isa<Argument>(V))
89     return true;
90
91   // The load case works because isNonEscapingLocalObject considers all
92   // stores to be escapes (it passes true for the StoreCaptures argument
93   // to PointerMayBeCaptured).
94   if (isa<LoadInst>(V))
95     return true;
96
97   return false;
98 }
99
100 /// getObjectSize - Return the size of the object specified by V, or
101 /// UnknownSize if unknown.
102 static uint64_t getObjectSize(const Value *V, const DataLayout &DL,
103                               const TargetLibraryInfo &TLI,
104                               bool RoundToAlign = false) {
105   uint64_t Size;
106   if (getObjectSize(V, Size, DL, &TLI, RoundToAlign))
107     return Size;
108   return MemoryLocation::UnknownSize;
109 }
110
111 /// isObjectSmallerThan - Return true if we can prove that the object specified
112 /// by V is smaller than Size.
113 static bool isObjectSmallerThan(const Value *V, uint64_t Size,
114                                 const DataLayout &DL,
115                                 const TargetLibraryInfo &TLI) {
116   // Note that the meanings of the "object" are slightly different in the
117   // following contexts:
118   //    c1: llvm::getObjectSize()
119   //    c2: llvm.objectsize() intrinsic
120   //    c3: isObjectSmallerThan()
121   // c1 and c2 share the same meaning; however, the meaning of "object" in c3
122   // refers to the "entire object".
123   //
124   //  Consider this example:
125   //     char *p = (char*)malloc(100)
126   //     char *q = p+80;
127   //
128   //  In the context of c1 and c2, the "object" pointed by q refers to the
129   // stretch of memory of q[0:19]. So, getObjectSize(q) should return 20.
130   //
131   //  However, in the context of c3, the "object" refers to the chunk of memory
132   // being allocated. So, the "object" has 100 bytes, and q points to the middle
133   // the "object". In case q is passed to isObjectSmallerThan() as the 1st
134   // parameter, before the llvm::getObjectSize() is called to get the size of
135   // entire object, we should:
136   //    - either rewind the pointer q to the base-address of the object in
137   //      question (in this case rewind to p), or
138   //    - just give up. It is up to caller to make sure the pointer is pointing
139   //      to the base address the object.
140   //
141   // We go for 2nd option for simplicity.
142   if (!isIdentifiedObject(V))
143     return false;
144
145   // This function needs to use the aligned object size because we allow
146   // reads a bit past the end given sufficient alignment.
147   uint64_t ObjectSize = getObjectSize(V, DL, TLI, /*RoundToAlign*/true);
148
149   return ObjectSize != MemoryLocation::UnknownSize && ObjectSize < Size;
150 }
151
152 /// isObjectSize - Return true if we can prove that the object specified
153 /// by V has size Size.
154 static bool isObjectSize(const Value *V, uint64_t Size,
155                          const DataLayout &DL, const TargetLibraryInfo &TLI) {
156   uint64_t ObjectSize = getObjectSize(V, DL, TLI);
157   return ObjectSize != MemoryLocation::UnknownSize && ObjectSize == Size;
158 }
159
160 //===----------------------------------------------------------------------===//
161 // GetElementPtr Instruction Decomposition and Analysis
162 //===----------------------------------------------------------------------===//
163
164 namespace {
165   enum ExtensionKind {
166     EK_NotExtended,
167     EK_SignExt,
168     EK_ZeroExt
169   };
170
171   struct VariableGEPIndex {
172     const Value *V;
173     ExtensionKind Extension;
174     int64_t Scale;
175
176     bool operator==(const VariableGEPIndex &Other) const {
177       return V == Other.V && Extension == Other.Extension &&
178         Scale == Other.Scale;
179     }
180
181     bool operator!=(const VariableGEPIndex &Other) const {
182       return !operator==(Other);
183     }
184   };
185 }
186
187
188 /// GetLinearExpression - Analyze the specified value as a linear expression:
189 /// "A*V + B", where A and B are constant integers.  Return the scale and offset
190 /// values as APInts and return V as a Value*, and return whether we looked
191 /// through any sign or zero extends.  The incoming Value is known to have
192 /// IntegerType and it may already be sign or zero extended.
193 ///
194 /// Note that this looks through extends, so the high bits may not be
195 /// represented in the result.
196 static Value *GetLinearExpression(Value *V, APInt &Scale, APInt &Offset,
197                                   ExtensionKind &Extension,
198                                   const DataLayout &DL, unsigned Depth,
199                                   AssumptionCache *AC, DominatorTree *DT) {
200   assert(V->getType()->isIntegerTy() && "Not an integer value");
201
202   // Limit our recursion depth.
203   if (Depth == 6) {
204     Scale = 1;
205     Offset = 0;
206     return V;
207   }
208
209   if (BinaryOperator *BOp = dyn_cast<BinaryOperator>(V)) {
210     if (ConstantInt *RHSC = dyn_cast<ConstantInt>(BOp->getOperand(1))) {
211       switch (BOp->getOpcode()) {
212       default: break;
213       case Instruction::Or:
214         // X|C == X+C if all the bits in C are unset in X.  Otherwise we can't
215         // analyze it.
216         if (!MaskedValueIsZero(BOp->getOperand(0), RHSC->getValue(), DL, 0, AC,
217                                BOp, DT))
218           break;
219         // FALL THROUGH.
220       case Instruction::Add:
221         V = GetLinearExpression(BOp->getOperand(0), Scale, Offset, Extension,
222                                 DL, Depth + 1, AC, DT);
223         Offset += RHSC->getValue();
224         return V;
225       case Instruction::Mul:
226         V = GetLinearExpression(BOp->getOperand(0), Scale, Offset, Extension,
227                                 DL, Depth + 1, AC, DT);
228         Offset *= RHSC->getValue();
229         Scale *= RHSC->getValue();
230         return V;
231       case Instruction::Shl:
232         V = GetLinearExpression(BOp->getOperand(0), Scale, Offset, Extension,
233                                 DL, Depth + 1, AC, DT);
234         Offset <<= RHSC->getValue().getLimitedValue();
235         Scale <<= RHSC->getValue().getLimitedValue();
236         return V;
237       }
238     }
239   }
240
241   // Since GEP indices are sign extended anyway, we don't care about the high
242   // bits of a sign or zero extended value - just scales and offsets.  The
243   // extensions have to be consistent though.
244   if ((isa<SExtInst>(V) && Extension != EK_ZeroExt) ||
245       (isa<ZExtInst>(V) && Extension != EK_SignExt)) {
246     Value *CastOp = cast<CastInst>(V)->getOperand(0);
247     unsigned OldWidth = Scale.getBitWidth();
248     unsigned SmallWidth = CastOp->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
249     Scale = Scale.trunc(SmallWidth);
250     Offset = Offset.trunc(SmallWidth);
251     Extension = isa<SExtInst>(V) ? EK_SignExt : EK_ZeroExt;
252
253     Value *Result = GetLinearExpression(CastOp, Scale, Offset, Extension, DL,
254                                         Depth + 1, AC, DT);
255     Scale = Scale.zext(OldWidth);
256     Offset = Offset.zext(OldWidth);
257
258     return Result;
259   }
260
261   Scale = 1;
262   Offset = 0;
263   return V;
264 }
265
266 /// DecomposeGEPExpression - If V is a symbolic pointer expression, decompose it
267 /// into a base pointer with a constant offset and a number of scaled symbolic
268 /// offsets.
269 ///
270 /// The scaled symbolic offsets (represented by pairs of a Value* and a scale in
271 /// the VarIndices vector) are Value*'s that are known to be scaled by the
272 /// specified amount, but which may have other unrepresented high bits. As such,
273 /// the gep cannot necessarily be reconstructed from its decomposed form.
274 ///
275 /// When DataLayout is around, this function is capable of analyzing everything
276 /// that GetUnderlyingObject can look through. To be able to do that
277 /// GetUnderlyingObject and DecomposeGEPExpression must use the same search
278 /// depth (MaxLookupSearchDepth).
279 /// When DataLayout not is around, it just looks through pointer casts.
280 ///
281 static const Value *
282 DecomposeGEPExpression(const Value *V, int64_t &BaseOffs,
283                        SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &VarIndices,
284                        bool &MaxLookupReached, const DataLayout &DL,
285                        AssumptionCache *AC, DominatorTree *DT) {
286   // Limit recursion depth to limit compile time in crazy cases.
287   unsigned MaxLookup = MaxLookupSearchDepth;
288   MaxLookupReached = false;
289
290   BaseOffs = 0;
291   do {
292     // See if this is a bitcast or GEP.
293     const Operator *Op = dyn_cast<Operator>(V);
294     if (!Op) {
295       // The only non-operator case we can handle are GlobalAliases.
296       if (const GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
297         if (!GA->mayBeOverridden()) {
298           V = GA->getAliasee();
299           continue;
300         }
301       }
302       return V;
303     }
304
305     if (Op->getOpcode() == Instruction::BitCast ||
306         Op->getOpcode() == Instruction::AddrSpaceCast) {
307       V = Op->getOperand(0);
308       continue;
309     }
310
311     const GEPOperator *GEPOp = dyn_cast<GEPOperator>(Op);
312     if (!GEPOp) {
313       // If it's not a GEP, hand it off to SimplifyInstruction to see if it
314       // can come up with something. This matches what GetUnderlyingObject does.
315       if (const Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
316         // TODO: Get a DominatorTree and AssumptionCache and use them here
317         // (these are both now available in this function, but this should be
318         // updated when GetUnderlyingObject is updated). TLI should be
319         // provided also.
320         if (const Value *Simplified =
321               SimplifyInstruction(const_cast<Instruction *>(I), DL)) {
322           V = Simplified;
323           continue;
324         }
325
326       return V;
327     }
328
329     // Don't attempt to analyze GEPs over unsized objects.
330     if (!GEPOp->getOperand(0)->getType()->getPointerElementType()->isSized())
331       return V;
332
333     unsigned AS = GEPOp->getPointerAddressSpace();
334     // Walk the indices of the GEP, accumulating them into BaseOff/VarIndices.
335     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEPOp);
336     for (User::const_op_iterator I = GEPOp->op_begin()+1,
337          E = GEPOp->op_end(); I != E; ++I) {
338       Value *Index = *I;
339       // Compute the (potentially symbolic) offset in bytes for this index.
340       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI++)) {
341         // For a struct, add the member offset.
342         unsigned FieldNo = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
343         if (FieldNo == 0) continue;
344
345         BaseOffs += DL.getStructLayout(STy)->getElementOffset(FieldNo);
346         continue;
347       }
348
349       // For an array/pointer, add the element offset, explicitly scaled.
350       if (ConstantInt *CIdx = dyn_cast<ConstantInt>(Index)) {
351         if (CIdx->isZero()) continue;
352         BaseOffs += DL.getTypeAllocSize(*GTI) * CIdx->getSExtValue();
353         continue;
354       }
355
356       uint64_t Scale = DL.getTypeAllocSize(*GTI);
357       ExtensionKind Extension = EK_NotExtended;
358
359       // If the integer type is smaller than the pointer size, it is implicitly
360       // sign extended to pointer size.
361       unsigned Width = Index->getType()->getIntegerBitWidth();
362       if (DL.getPointerSizeInBits(AS) > Width)
363         Extension = EK_SignExt;
364
365       // Use GetLinearExpression to decompose the index into a C1*V+C2 form.
366       APInt IndexScale(Width, 0), IndexOffset(Width, 0);
367       Index = GetLinearExpression(Index, IndexScale, IndexOffset, Extension, DL,
368                                   0, AC, DT);
369
370       // The GEP index scale ("Scale") scales C1*V+C2, yielding (C1*V+C2)*Scale.
371       // This gives us an aggregate computation of (C1*Scale)*V + C2*Scale.
372       BaseOffs += IndexOffset.getSExtValue()*Scale;
373       Scale *= IndexScale.getSExtValue();
374
375       // If we already had an occurrence of this index variable, merge this
376       // scale into it.  For example, we want to handle:
377       //   A[x][x] -> x*16 + x*4 -> x*20
378       // This also ensures that 'x' only appears in the index list once.
379       for (unsigned i = 0, e = VarIndices.size(); i != e; ++i) {
380         if (VarIndices[i].V == Index &&
381             VarIndices[i].Extension == Extension) {
382           Scale += VarIndices[i].Scale;
383           VarIndices.erase(VarIndices.begin()+i);
384           break;
385         }
386       }
387
388       // Make sure that we have a scale that makes sense for this target's
389       // pointer size.
390       if (unsigned ShiftBits = 64 - DL.getPointerSizeInBits(AS)) {
391         Scale <<= ShiftBits;
392         Scale = (int64_t)Scale >> ShiftBits;
393       }
394
395       if (Scale) {
396         VariableGEPIndex Entry = {Index, Extension,
397                                   static_cast<int64_t>(Scale)};
398         VarIndices.push_back(Entry);
399       }
400     }
401
402     // Analyze the base pointer next.
403     V = GEPOp->getOperand(0);
404   } while (--MaxLookup);
405
406   // If the chain of expressions is too deep, just return early.
407   MaxLookupReached = true;
408   return V;
409 }
410
411 //===----------------------------------------------------------------------===//
412 // BasicAliasAnalysis Pass
413 //===----------------------------------------------------------------------===//
414
415 #ifndef NDEBUG
416 static const Function *getParent(const Value *V) {
417   if (const Instruction *inst = dyn_cast<Instruction>(V))
418     return inst->getParent()->getParent();
419
420   if (const Argument *arg = dyn_cast<Argument>(V))
421     return arg->getParent();
422
423   return nullptr;
424 }
425
426 static bool notDifferentParent(const Value *O1, const Value *O2) {
427
428   const Function *F1 = getParent(O1);
429   const Function *F2 = getParent(O2);
430
431   return !F1 || !F2 || F1 == F2;
432 }
433 #endif
434
435 namespace {
436   /// BasicAliasAnalysis - This is the primary alias analysis implementation.
437   struct BasicAliasAnalysis : public ImmutablePass, public AliasAnalysis {
438     static char ID; // Class identification, replacement for typeinfo
439     BasicAliasAnalysis() : ImmutablePass(ID) {
440       initializeBasicAliasAnalysisPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
441     }
442
443     bool doInitialization(Module &M) override;
444
445     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
446       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
447       AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
448       AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
449     }
450
451     AliasResult alias(const MemoryLocation &LocA,
452                       const MemoryLocation &LocB) override {
453       assert(AliasCache.empty() && "AliasCache must be cleared after use!");
454       assert(notDifferentParent(LocA.Ptr, LocB.Ptr) &&
455              "BasicAliasAnalysis doesn't support interprocedural queries.");
456       AliasResult Alias = aliasCheck(LocA.Ptr, LocA.Size, LocA.AATags,
457                                      LocB.Ptr, LocB.Size, LocB.AATags);
458       // AliasCache rarely has more than 1 or 2 elements, always use
459       // shrink_and_clear so it quickly returns to the inline capacity of the
460       // SmallDenseMap if it ever grows larger.
461       // FIXME: This should really be shrink_to_inline_capacity_and_clear().
462       AliasCache.shrink_and_clear();
463       VisitedPhiBBs.clear();
464       return Alias;
465     }
466
467     ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
468                                const MemoryLocation &Loc) override;
469
470     ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
471                                ImmutableCallSite CS2) override;
472
473     /// pointsToConstantMemory - Chase pointers until we find a (constant
474     /// global) or not.
475     bool pointsToConstantMemory(const MemoryLocation &Loc,
476                                 bool OrLocal) override;
477
478     /// Get the location associated with a pointer argument of a callsite.
479     ModRefResult getArgModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
480                                   unsigned ArgIdx) override;
481
482     /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given
483     /// call site.
484     ModRefBehavior getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS) override;
485
486     /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given function.
487     /// For use when the call site is not known.
488     ModRefBehavior getModRefBehavior(const Function *F) override;
489
490     /// getAdjustedAnalysisPointer - This method is used when a pass implements
491     /// an analysis interface through multiple inheritance.  If needed, it
492     /// should override this to adjust the this pointer as needed for the
493     /// specified pass info.
494     void *getAdjustedAnalysisPointer(const void *ID) override {
495       if (ID == &AliasAnalysis::ID)
496         return (AliasAnalysis*)this;
497       return this;
498     }
499
500   private:
501     // AliasCache - Track alias queries to guard against recursion.
502     typedef std::pair<MemoryLocation, MemoryLocation> LocPair;
503     typedef SmallDenseMap<LocPair, AliasResult, 8> AliasCacheTy;
504     AliasCacheTy AliasCache;
505
506     /// \brief Track phi nodes we have visited. When interpret "Value" pointer
507     /// equality as value equality we need to make sure that the "Value" is not
508     /// part of a cycle. Otherwise, two uses could come from different
509     /// "iterations" of a cycle and see different values for the same "Value"
510     /// pointer.
511     /// The following example shows the problem:
512     ///   %p = phi(%alloca1, %addr2)
513     ///   %l = load %ptr
514     ///   %addr1 = gep, %alloca2, 0, %l
515     ///   %addr2 = gep  %alloca2, 0, (%l + 1)
516     ///      alias(%p, %addr1) -> MayAlias !
517     ///   store %l, ...
518     SmallPtrSet<const BasicBlock*, 8> VisitedPhiBBs;
519
520     // Visited - Track instructions visited by pointsToConstantMemory.
521     SmallPtrSet<const Value*, 16> Visited;
522
523     /// \brief Check whether two Values can be considered equivalent.
524     ///
525     /// In addition to pointer equivalence of \p V1 and \p V2 this checks
526     /// whether they can not be part of a cycle in the value graph by looking at
527     /// all visited phi nodes an making sure that the phis cannot reach the
528     /// value. We have to do this because we are looking through phi nodes (That
529     /// is we say noalias(V, phi(VA, VB)) if noalias(V, VA) and noalias(V, VB).
530     bool isValueEqualInPotentialCycles(const Value *V1, const Value *V2);
531
532     /// \brief Dest and Src are the variable indices from two decomposed
533     /// GetElementPtr instructions GEP1 and GEP2 which have common base
534     /// pointers.  Subtract the GEP2 indices from GEP1 to find the symbolic
535     /// difference between the two pointers.
536     void GetIndexDifference(SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &Dest,
537                             const SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &Src);
538
539     // aliasGEP - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a GEP
540     // instruction against another.
541     AliasResult aliasGEP(const GEPOperator *V1, uint64_t V1Size,
542                          const AAMDNodes &V1AAInfo,
543                          const Value *V2, uint64_t V2Size,
544                          const AAMDNodes &V2AAInfo,
545                          const Value *UnderlyingV1, const Value *UnderlyingV2);
546
547     // aliasPHI - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a PHI
548     // instruction against another.
549     AliasResult aliasPHI(const PHINode *PN, uint64_t PNSize,
550                          const AAMDNodes &PNAAInfo,
551                          const Value *V2, uint64_t V2Size,
552                          const AAMDNodes &V2AAInfo);
553
554     /// aliasSelect - Disambiguate a Select instruction against another value.
555     AliasResult aliasSelect(const SelectInst *SI, uint64_t SISize,
556                             const AAMDNodes &SIAAInfo,
557                             const Value *V2, uint64_t V2Size,
558                             const AAMDNodes &V2AAInfo);
559
560     AliasResult aliasCheck(const Value *V1, uint64_t V1Size,
561                            AAMDNodes V1AATag,
562                            const Value *V2, uint64_t V2Size,
563                            AAMDNodes V2AATag);
564   };
565 }  // End of anonymous namespace
566
567 // Register this pass...
568 char BasicAliasAnalysis::ID = 0;
569 INITIALIZE_AG_PASS_BEGIN(BasicAliasAnalysis, AliasAnalysis, "basicaa",
570                    "Basic Alias Analysis (stateless AA impl)",
571                    false, true, false)
572 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
573 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
574 INITIALIZE_AG_PASS_END(BasicAliasAnalysis, AliasAnalysis, "basicaa",
575                    "Basic Alias Analysis (stateless AA impl)",
576                    false, true, false)
577
578
579 ImmutablePass *llvm::createBasicAliasAnalysisPass() {
580   return new BasicAliasAnalysis();
581 }
582
583 /// pointsToConstantMemory - Returns whether the given pointer value
584 /// points to memory that is local to the function, with global constants being
585 /// considered local to all functions.
586 bool BasicAliasAnalysis::pointsToConstantMemory(const MemoryLocation &Loc,
587                                                 bool OrLocal) {
588   assert(Visited.empty() && "Visited must be cleared after use!");
589
590   unsigned MaxLookup = 8;
591   SmallVector<const Value *, 16> Worklist;
592   Worklist.push_back(Loc.Ptr);
593   do {
594     const Value *V = GetUnderlyingObject(Worklist.pop_back_val(), *DL);
595     if (!Visited.insert(V).second) {
596       Visited.clear();
597       return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
598     }
599
600     // An alloca instruction defines local memory.
601     if (OrLocal && isa<AllocaInst>(V))
602       continue;
603
604     // A global constant counts as local memory for our purposes.
605     if (const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V)) {
606       // Note: this doesn't require GV to be "ODR" because it isn't legal for a
607       // global to be marked constant in some modules and non-constant in
608       // others.  GV may even be a declaration, not a definition.
609       if (!GV->isConstant()) {
610         Visited.clear();
611         return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
612       }
613       continue;
614     }
615
616     // If both select values point to local memory, then so does the select.
617     if (const SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
618       Worklist.push_back(SI->getTrueValue());
619       Worklist.push_back(SI->getFalseValue());
620       continue;
621     }
622
623     // If all values incoming to a phi node point to local memory, then so does
624     // the phi.
625     if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
626       // Don't bother inspecting phi nodes with many operands.
627       if (PN->getNumIncomingValues() > MaxLookup) {
628         Visited.clear();
629         return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
630       }
631       for (Value *IncValue : PN->incoming_values())
632         Worklist.push_back(IncValue);
633       continue;
634     }
635
636     // Otherwise be conservative.
637     Visited.clear();
638     return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
639
640   } while (!Worklist.empty() && --MaxLookup);
641
642   Visited.clear();
643   return Worklist.empty();
644 }
645
646 // FIXME: This code is duplicated with MemoryLocation and should be hoisted to
647 // some common utility location.
648 static bool isMemsetPattern16(const Function *MS,
649                               const TargetLibraryInfo &TLI) {
650   if (TLI.has(LibFunc::memset_pattern16) &&
651       MS->getName() == "memset_pattern16") {
652     FunctionType *MemsetType = MS->getFunctionType();
653     if (!MemsetType->isVarArg() && MemsetType->getNumParams() == 3 &&
654         isa<PointerType>(MemsetType->getParamType(0)) &&
655         isa<PointerType>(MemsetType->getParamType(1)) &&
656         isa<IntegerType>(MemsetType->getParamType(2)))
657       return true;
658   }
659
660   return false;
661 }
662
663 /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given call site.
664 AliasAnalysis::ModRefBehavior
665 BasicAliasAnalysis::getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS) {
666   if (CS.doesNotAccessMemory())
667     // Can't do better than this.
668     return DoesNotAccessMemory;
669
670   ModRefBehavior Min = UnknownModRefBehavior;
671
672   // If the callsite knows it only reads memory, don't return worse
673   // than that.
674   if (CS.onlyReadsMemory())
675     Min = OnlyReadsMemory;
676
677   if (CS.onlyAccessesArgMemory())
678     Min = ModRefBehavior(Min & OnlyAccessesArgumentPointees);
679
680   // The AliasAnalysis base class has some smarts, lets use them.
681   return ModRefBehavior(AliasAnalysis::getModRefBehavior(CS) & Min);
682 }
683
684 /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given function.
685 /// For use when the call site is not known.
686 AliasAnalysis::ModRefBehavior
687 BasicAliasAnalysis::getModRefBehavior(const Function *F) {
688   // If the function declares it doesn't access memory, we can't do better.
689   if (F->doesNotAccessMemory())
690     return DoesNotAccessMemory;
691
692   // For intrinsics, we can check the table.
693   if (Intrinsic::ID iid = F->getIntrinsicID()) {
694 #define GET_INTRINSIC_MODREF_BEHAVIOR
695 #include "llvm/IR/Intrinsics.gen"
696 #undef GET_INTRINSIC_MODREF_BEHAVIOR
697   }
698
699   ModRefBehavior Min = UnknownModRefBehavior;
700
701   // If the function declares it only reads memory, go with that.
702   if (F->onlyReadsMemory())
703     Min = OnlyReadsMemory;
704
705   if (F->onlyAccessesArgMemory())
706     Min = ModRefBehavior(Min & OnlyAccessesArgumentPointees);
707
708   const TargetLibraryInfo &TLI =
709       getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
710   if (isMemsetPattern16(F, TLI))
711     Min = OnlyAccessesArgumentPointees;
712
713   // Otherwise be conservative.
714   return ModRefBehavior(AliasAnalysis::getModRefBehavior(F) & Min);
715 }
716
717 AliasAnalysis::ModRefResult
718 BasicAliasAnalysis::getArgModRefInfo(ImmutableCallSite CS, unsigned ArgIdx) {
719   if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CS.getInstruction()))
720     switch (II->getIntrinsicID()) {
721     default:
722       break;
723     case Intrinsic::memset:
724     case Intrinsic::memcpy:
725     case Intrinsic::memmove:
726       assert((ArgIdx == 0 || ArgIdx == 1) &&
727              "Invalid argument index for memory intrinsic");
728       return ArgIdx ? Ref : Mod;
729     }
730
731   // We can bound the aliasing properties of memset_pattern16 just as we can
732   // for memcpy/memset.  This is particularly important because the
733   // LoopIdiomRecognizer likes to turn loops into calls to memset_pattern16
734   // whenever possible.
735   if (CS.getCalledFunction() &&
736       isMemsetPattern16(CS.getCalledFunction(), *TLI)) {
737     assert((ArgIdx == 0 || ArgIdx == 1) &&
738            "Invalid argument index for memset_pattern16");
739     return ArgIdx ? Ref : Mod;
740   }
741   // FIXME: Handle memset_pattern4 and memset_pattern8 also.
742
743   return AliasAnalysis::getArgModRefInfo(CS, ArgIdx);
744 }
745
746 static bool isAssumeIntrinsic(ImmutableCallSite CS) {
747   const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CS.getInstruction());
748   if (II && II->getIntrinsicID() == Intrinsic::assume)
749     return true;
750
751   return false;
752 }
753
754 bool BasicAliasAnalysis::doInitialization(Module &M) {
755   InitializeAliasAnalysis(this, &M.getDataLayout());
756   return true;
757 }
758
759 /// getModRefInfo - Check to see if the specified callsite can clobber the
760 /// specified memory object.  Since we only look at local properties of this
761 /// function, we really can't say much about this query.  We do, however, use
762 /// simple "address taken" analysis on local objects.
763 AliasAnalysis::ModRefResult
764 BasicAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
765                                   const MemoryLocation &Loc) {
766   assert(notDifferentParent(CS.getInstruction(), Loc.Ptr) &&
767          "AliasAnalysis query involving multiple functions!");
768
769   const Value *Object = GetUnderlyingObject(Loc.Ptr, *DL);
770
771   // If this is a tail call and Loc.Ptr points to a stack location, we know that
772   // the tail call cannot access or modify the local stack.
773   // We cannot exclude byval arguments here; these belong to the caller of
774   // the current function not to the current function, and a tail callee
775   // may reference them.
776   if (isa<AllocaInst>(Object))
777     if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(CS.getInstruction()))
778       if (CI->isTailCall())
779         return NoModRef;
780
781   // If the pointer is to a locally allocated object that does not escape,
782   // then the call can not mod/ref the pointer unless the call takes the pointer
783   // as an argument, and itself doesn't capture it.
784   if (!isa<Constant>(Object) && CS.getInstruction() != Object &&
785       isNonEscapingLocalObject(Object)) {
786     bool PassedAsArg = false;
787     unsigned ArgNo = 0;
788     for (ImmutableCallSite::arg_iterator CI = CS.arg_begin(), CE = CS.arg_end();
789          CI != CE; ++CI, ++ArgNo) {
790       // Only look at the no-capture or byval pointer arguments.  If this
791       // pointer were passed to arguments that were neither of these, then it
792       // couldn't be no-capture.
793       if (!(*CI)->getType()->isPointerTy() ||
794           (!CS.doesNotCapture(ArgNo) && !CS.isByValArgument(ArgNo)))
795         continue;
796
797       // If this is a no-capture pointer argument, see if we can tell that it
798       // is impossible to alias the pointer we're checking.  If not, we have to
799       // assume that the call could touch the pointer, even though it doesn't
800       // escape.
801       if (!isNoAlias(MemoryLocation(*CI), MemoryLocation(Object))) {
802         PassedAsArg = true;
803         break;
804       }
805     }
806
807     if (!PassedAsArg)
808       return NoModRef;
809   }
810
811   // While the assume intrinsic is marked as arbitrarily writing so that
812   // proper control dependencies will be maintained, it never aliases any
813   // particular memory location.
814   if (isAssumeIntrinsic(CS))
815     return NoModRef;
816
817   // The AliasAnalysis base class has some smarts, lets use them.
818   return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS, Loc);
819 }
820
821 AliasAnalysis::ModRefResult
822 BasicAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
823                                   ImmutableCallSite CS2) {
824   // While the assume intrinsic is marked as arbitrarily writing so that
825   // proper control dependencies will be maintained, it never aliases any
826   // particular memory location.
827   if (isAssumeIntrinsic(CS1) || isAssumeIntrinsic(CS2))
828     return NoModRef;
829
830   // The AliasAnalysis base class has some smarts, lets use them.
831   return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS1, CS2);
832 }
833
834 /// \brief Provide ad-hoc rules to disambiguate accesses through two GEP
835 /// operators, both having the exact same pointer operand.
836 static AliasResult aliasSameBasePointerGEPs(const GEPOperator *GEP1,
837                                             uint64_t V1Size,
838                                             const GEPOperator *GEP2,
839                                             uint64_t V2Size,
840                                             const DataLayout &DL) {
841
842   assert(GEP1->getPointerOperand() == GEP2->getPointerOperand() &&
843          "Expected GEPs with the same pointer operand");
844
845   // Try to determine whether GEP1 and GEP2 index through arrays, into structs,
846   // such that the struct field accesses provably cannot alias.
847   // We also need at least two indices (the pointer, and the struct field).
848   if (GEP1->getNumIndices() != GEP2->getNumIndices() ||
849       GEP1->getNumIndices() < 2)
850     return MayAlias;
851
852   // If we don't know the size of the accesses through both GEPs, we can't
853   // determine whether the struct fields accessed can't alias.
854   if (V1Size == MemoryLocation::UnknownSize ||
855       V2Size == MemoryLocation::UnknownSize)
856     return MayAlias;
857
858   ConstantInt *C1 =
859       dyn_cast<ConstantInt>(GEP1->getOperand(GEP1->getNumOperands() - 1));
860   ConstantInt *C2 =
861       dyn_cast<ConstantInt>(GEP2->getOperand(GEP2->getNumOperands() - 1));
862
863   // If the last (struct) indices aren't constants, we can't say anything.
864   // If they're identical, the other indices might be also be dynamically
865   // equal, so the GEPs can alias.
866   if (!C1 || !C2 || C1 == C2)
867     return MayAlias;
868
869   // Find the last-indexed type of the GEP, i.e., the type you'd get if
870   // you stripped the last index.
871   // On the way, look at each indexed type.  If there's something other
872   // than an array, different indices can lead to different final types.
873   SmallVector<Value *, 8> IntermediateIndices;
874
875   // Insert the first index; we don't need to check the type indexed
876   // through it as it only drops the pointer indirection.
877   assert(GEP1->getNumIndices() > 1 && "Not enough GEP indices to examine");
878   IntermediateIndices.push_back(GEP1->getOperand(1));
879
880   // Insert all the remaining indices but the last one.
881   // Also, check that they all index through arrays.
882   for (unsigned i = 1, e = GEP1->getNumIndices() - 1; i != e; ++i) {
883     if (!isa<ArrayType>(GetElementPtrInst::getIndexedType(
884             GEP1->getSourceElementType(), IntermediateIndices)))
885       return MayAlias;
886     IntermediateIndices.push_back(GEP1->getOperand(i + 1));
887   }
888
889   StructType *LastIndexedStruct =
890       dyn_cast<StructType>(GetElementPtrInst::getIndexedType(
891           GEP1->getSourceElementType(), IntermediateIndices));
892
893   if (!LastIndexedStruct)
894     return MayAlias;
895
896   // We know that:
897   // - both GEPs begin indexing from the exact same pointer;
898   // - the last indices in both GEPs are constants, indexing into a struct;
899   // - said indices are different, hence, the pointed-to fields are different;
900   // - both GEPs only index through arrays prior to that.
901   //
902   // This lets us determine that the struct that GEP1 indexes into and the
903   // struct that GEP2 indexes into must either precisely overlap or be
904   // completely disjoint.  Because they cannot partially overlap, indexing into
905   // different non-overlapping fields of the struct will never alias.
906
907   // Therefore, the only remaining thing needed to show that both GEPs can't
908   // alias is that the fields are not overlapping.
909   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(LastIndexedStruct);
910   const uint64_t StructSize = SL->getSizeInBytes();
911   const uint64_t V1Off = SL->getElementOffset(C1->getZExtValue());
912   const uint64_t V2Off = SL->getElementOffset(C2->getZExtValue());
913
914   auto EltsDontOverlap = [StructSize](uint64_t V1Off, uint64_t V1Size,
915                                       uint64_t V2Off, uint64_t V2Size) {
916     return V1Off < V2Off && V1Off + V1Size <= V2Off &&
917            ((V2Off + V2Size <= StructSize) ||
918             (V2Off + V2Size - StructSize <= V1Off));
919   };
920
921   if (EltsDontOverlap(V1Off, V1Size, V2Off, V2Size) ||
922       EltsDontOverlap(V2Off, V2Size, V1Off, V1Size))
923     return NoAlias;
924
925   return MayAlias;
926 }
927
928 /// aliasGEP - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a GEP instruction
929 /// against another pointer.  We know that V1 is a GEP, but we don't know
930 /// anything about V2.  UnderlyingV1 is GetUnderlyingObject(GEP1, DL),
931 /// UnderlyingV2 is the same for V2.
932 ///
933 AliasResult BasicAliasAnalysis::aliasGEP(
934     const GEPOperator *GEP1, uint64_t V1Size, const AAMDNodes &V1AAInfo,
935     const Value *V2, uint64_t V2Size, const AAMDNodes &V2AAInfo,
936     const Value *UnderlyingV1, const Value *UnderlyingV2) {
937   int64_t GEP1BaseOffset;
938   bool GEP1MaxLookupReached;
939   SmallVector<VariableGEPIndex, 4> GEP1VariableIndices;
940
941   // We have to get two AssumptionCaches here because GEP1 and V2 may be from
942   // different functions.
943   // FIXME: This really doesn't make any sense. We get a dominator tree below
944   // that can only refer to a single function. But this function (aliasGEP) is
945   // a method on an immutable pass that can be called when there *isn't*
946   // a single function. The old pass management layer makes this "work", but
947   // this isn't really a clean solution.
948   AssumptionCacheTracker &ACT = getAnalysis<AssumptionCacheTracker>();
949   AssumptionCache *AC1 = nullptr, *AC2 = nullptr;
950   if (auto *GEP1I = dyn_cast<Instruction>(GEP1))
951     AC1 = &ACT.getAssumptionCache(
952         const_cast<Function &>(*GEP1I->getParent()->getParent()));
953   if (auto *I2 = dyn_cast<Instruction>(V2))
954     AC2 = &ACT.getAssumptionCache(
955         const_cast<Function &>(*I2->getParent()->getParent()));
956
957   DominatorTreeWrapperPass *DTWP =
958       getAnalysisIfAvailable<DominatorTreeWrapperPass>();
959   DominatorTree *DT = DTWP ? &DTWP->getDomTree() : nullptr;
960
961   // If we have two gep instructions with must-alias or not-alias'ing base
962   // pointers, figure out if the indexes to the GEP tell us anything about the
963   // derived pointer.
964   if (const GEPOperator *GEP2 = dyn_cast<GEPOperator>(V2)) {
965     // Do the base pointers alias?
966     AliasResult BaseAlias =
967         aliasCheck(UnderlyingV1, MemoryLocation::UnknownSize, AAMDNodes(),
968                    UnderlyingV2, MemoryLocation::UnknownSize, AAMDNodes());
969
970     // Check for geps of non-aliasing underlying pointers where the offsets are
971     // identical.
972     if ((BaseAlias == MayAlias) && V1Size == V2Size) {
973       // Do the base pointers alias assuming type and size.
974       AliasResult PreciseBaseAlias = aliasCheck(UnderlyingV1, V1Size,
975                                                 V1AAInfo, UnderlyingV2,
976                                                 V2Size, V2AAInfo);
977       if (PreciseBaseAlias == NoAlias) {
978         // See if the computed offset from the common pointer tells us about the
979         // relation of the resulting pointer.
980         int64_t GEP2BaseOffset;
981         bool GEP2MaxLookupReached;
982         SmallVector<VariableGEPIndex, 4> GEP2VariableIndices;
983         const Value *GEP2BasePtr =
984             DecomposeGEPExpression(GEP2, GEP2BaseOffset, GEP2VariableIndices,
985                                    GEP2MaxLookupReached, *DL, AC2, DT);
986         const Value *GEP1BasePtr =
987             DecomposeGEPExpression(GEP1, GEP1BaseOffset, GEP1VariableIndices,
988                                    GEP1MaxLookupReached, *DL, AC1, DT);
989         // DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject should return the
990         // same result except when DecomposeGEPExpression has no DataLayout.
991         if (GEP1BasePtr != UnderlyingV1 || GEP2BasePtr != UnderlyingV2) {
992           assert(!DL &&
993                  "DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject disagree!");
994           return MayAlias;
995         }
996         // If the max search depth is reached the result is undefined
997         if (GEP2MaxLookupReached || GEP1MaxLookupReached)
998           return MayAlias;
999
1000         // Same offsets.
1001         if (GEP1BaseOffset == GEP2BaseOffset &&
1002             GEP1VariableIndices == GEP2VariableIndices)
1003           return NoAlias;
1004         GEP1VariableIndices.clear();
1005       }
1006     }
1007
1008     // If we get a No or May, then return it immediately, no amount of analysis
1009     // will improve this situation.
1010     if (BaseAlias != MustAlias) return BaseAlias;
1011
1012     // Otherwise, we have a MustAlias.  Since the base pointers alias each other
1013     // exactly, see if the computed offset from the common pointer tells us
1014     // about the relation of the resulting pointer.
1015     const Value *GEP1BasePtr =
1016         DecomposeGEPExpression(GEP1, GEP1BaseOffset, GEP1VariableIndices,
1017                                GEP1MaxLookupReached, *DL, AC1, DT);
1018
1019     int64_t GEP2BaseOffset;
1020     bool GEP2MaxLookupReached;
1021     SmallVector<VariableGEPIndex, 4> GEP2VariableIndices;
1022     const Value *GEP2BasePtr =
1023         DecomposeGEPExpression(GEP2, GEP2BaseOffset, GEP2VariableIndices,
1024                                GEP2MaxLookupReached, *DL, AC2, DT);
1025
1026     // DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject should return the
1027     // same result except when DecomposeGEPExpression has no DataLayout.
1028     if (GEP1BasePtr != UnderlyingV1 || GEP2BasePtr != UnderlyingV2) {
1029       assert(!DL &&
1030              "DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject disagree!");
1031       return MayAlias;
1032     }
1033
1034     // If we know the two GEPs are based off of the exact same pointer (and not
1035     // just the same underlying object), see if that tells us anything about
1036     // the resulting pointers.
1037     if (DL && GEP1->getPointerOperand() == GEP2->getPointerOperand()) {
1038       AliasResult R = aliasSameBasePointerGEPs(GEP1, V1Size, GEP2, V2Size, *DL);
1039       // If we couldn't find anything interesting, don't abandon just yet.
1040       if (R != MayAlias)
1041         return R;
1042     }
1043
1044     // If the max search depth is reached the result is undefined
1045     if (GEP2MaxLookupReached || GEP1MaxLookupReached)
1046       return MayAlias;
1047
1048     // Subtract the GEP2 pointer from the GEP1 pointer to find out their
1049     // symbolic difference.
1050     GEP1BaseOffset -= GEP2BaseOffset;
1051     GetIndexDifference(GEP1VariableIndices, GEP2VariableIndices);
1052
1053   } else {
1054     // Check to see if these two pointers are related by the getelementptr
1055     // instruction.  If one pointer is a GEP with a non-zero index of the other
1056     // pointer, we know they cannot alias.
1057
1058     // If both accesses are unknown size, we can't do anything useful here.
1059     if (V1Size == MemoryLocation::UnknownSize &&
1060         V2Size == MemoryLocation::UnknownSize)
1061       return MayAlias;
1062
1063     AliasResult R = aliasCheck(UnderlyingV1, MemoryLocation::UnknownSize,
1064                                AAMDNodes(), V2, V2Size, V2AAInfo);
1065     if (R != MustAlias)
1066       // If V2 may alias GEP base pointer, conservatively returns MayAlias.
1067       // If V2 is known not to alias GEP base pointer, then the two values
1068       // cannot alias per GEP semantics: "A pointer value formed from a
1069       // getelementptr instruction is associated with the addresses associated
1070       // with the first operand of the getelementptr".
1071       return R;
1072
1073     const Value *GEP1BasePtr =
1074         DecomposeGEPExpression(GEP1, GEP1BaseOffset, GEP1VariableIndices,
1075                                GEP1MaxLookupReached, *DL, AC1, DT);
1076
1077     // DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject should return the
1078     // same result except when DecomposeGEPExpression has no DataLayout.
1079     if (GEP1BasePtr != UnderlyingV1) {
1080       assert(!DL &&
1081              "DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject disagree!");
1082       return MayAlias;
1083     }
1084     // If the max search depth is reached the result is undefined
1085     if (GEP1MaxLookupReached)
1086       return MayAlias;
1087   }
1088
1089   // In the two GEP Case, if there is no difference in the offsets of the
1090   // computed pointers, the resultant pointers are a must alias.  This
1091   // hapens when we have two lexically identical GEP's (for example).
1092   //
1093   // In the other case, if we have getelementptr <ptr>, 0, 0, 0, 0, ... and V2
1094   // must aliases the GEP, the end result is a must alias also.
1095   if (GEP1BaseOffset == 0 && GEP1VariableIndices.empty())
1096     return MustAlias;
1097
1098   // If there is a constant difference between the pointers, but the difference
1099   // is less than the size of the associated memory object, then we know
1100   // that the objects are partially overlapping.  If the difference is
1101   // greater, we know they do not overlap.
1102   if (GEP1BaseOffset != 0 && GEP1VariableIndices.empty()) {
1103     if (GEP1BaseOffset >= 0) {
1104       if (V2Size != MemoryLocation::UnknownSize) {
1105         if ((uint64_t)GEP1BaseOffset < V2Size)
1106           return PartialAlias;
1107         return NoAlias;
1108       }
1109     } else {
1110       // We have the situation where:
1111       // +                +
1112       // | BaseOffset     |
1113       // ---------------->|
1114       // |-->V1Size       |-------> V2Size
1115       // GEP1             V2
1116       // We need to know that V2Size is not unknown, otherwise we might have
1117       // stripped a gep with negative index ('gep <ptr>, -1, ...).
1118       if (V1Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1119           V2Size != MemoryLocation::UnknownSize) {
1120         if (-(uint64_t)GEP1BaseOffset < V1Size)
1121           return PartialAlias;
1122         return NoAlias;
1123       }
1124     }
1125   }
1126
1127   // Try to distinguish something like &A[i][1] against &A[42][0].
1128   // Grab the least significant bit set in any of the scales.
1129   if (!GEP1VariableIndices.empty()) {
1130     uint64_t Modulo = 0;
1131     for (unsigned i = 0, e = GEP1VariableIndices.size(); i != e; ++i)
1132       Modulo |= (uint64_t) GEP1VariableIndices[i].Scale;
1133     Modulo = Modulo ^ (Modulo & (Modulo - 1));
1134
1135     // We can compute the difference between the two addresses
1136     // mod Modulo. Check whether that difference guarantees that the
1137     // two locations do not alias.
1138     uint64_t ModOffset = (uint64_t)GEP1BaseOffset & (Modulo - 1);
1139     if (V1Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1140         V2Size != MemoryLocation::UnknownSize && ModOffset >= V2Size &&
1141         V1Size <= Modulo - ModOffset)
1142       return NoAlias;
1143   }
1144
1145   // Statically, we can see that the base objects are the same, but the
1146   // pointers have dynamic offsets which we can't resolve. And none of our
1147   // little tricks above worked.
1148   //
1149   // TODO: Returning PartialAlias instead of MayAlias is a mild hack; the
1150   // practical effect of this is protecting TBAA in the case of dynamic
1151   // indices into arrays of unions or malloc'd memory.
1152   return PartialAlias;
1153 }
1154
1155 static AliasResult MergeAliasResults(AliasResult A, AliasResult B) {
1156   // If the results agree, take it.
1157   if (A == B)
1158     return A;
1159   // A mix of PartialAlias and MustAlias is PartialAlias.
1160   if ((A == PartialAlias && B == MustAlias) ||
1161       (B == PartialAlias && A == MustAlias))
1162     return PartialAlias;
1163   // Otherwise, we don't know anything.
1164   return MayAlias;
1165 }
1166
1167 /// aliasSelect - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a Select
1168 /// instruction against another.
1169 AliasResult BasicAliasAnalysis::aliasSelect(const SelectInst *SI,
1170                                             uint64_t SISize,
1171                                             const AAMDNodes &SIAAInfo,
1172                                             const Value *V2, uint64_t V2Size,
1173                                             const AAMDNodes &V2AAInfo) {
1174   // If the values are Selects with the same condition, we can do a more precise
1175   // check: just check for aliases between the values on corresponding arms.
1176   if (const SelectInst *SI2 = dyn_cast<SelectInst>(V2))
1177     if (SI->getCondition() == SI2->getCondition()) {
1178       AliasResult Alias =
1179         aliasCheck(SI->getTrueValue(), SISize, SIAAInfo,
1180                    SI2->getTrueValue(), V2Size, V2AAInfo);
1181       if (Alias == MayAlias)
1182         return MayAlias;
1183       AliasResult ThisAlias =
1184         aliasCheck(SI->getFalseValue(), SISize, SIAAInfo,
1185                    SI2->getFalseValue(), V2Size, V2AAInfo);
1186       return MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1187     }
1188
1189   // If both arms of the Select node NoAlias or MustAlias V2, then returns
1190   // NoAlias / MustAlias. Otherwise, returns MayAlias.
1191   AliasResult Alias =
1192     aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo, SI->getTrueValue(), SISize, SIAAInfo);
1193   if (Alias == MayAlias)
1194     return MayAlias;
1195
1196   AliasResult ThisAlias =
1197     aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo, SI->getFalseValue(), SISize, SIAAInfo);
1198   return MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1199 }
1200
1201 // aliasPHI - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a PHI instruction
1202 // against another.
1203 AliasResult BasicAliasAnalysis::aliasPHI(const PHINode *PN, uint64_t PNSize,
1204                                          const AAMDNodes &PNAAInfo,
1205                                          const Value *V2, uint64_t V2Size,
1206                                          const AAMDNodes &V2AAInfo) {
1207   // Track phi nodes we have visited. We use this information when we determine
1208   // value equivalence.
1209   VisitedPhiBBs.insert(PN->getParent());
1210
1211   // If the values are PHIs in the same block, we can do a more precise
1212   // as well as efficient check: just check for aliases between the values
1213   // on corresponding edges.
1214   if (const PHINode *PN2 = dyn_cast<PHINode>(V2))
1215     if (PN2->getParent() == PN->getParent()) {
1216       LocPair Locs(MemoryLocation(PN, PNSize, PNAAInfo),
1217                    MemoryLocation(V2, V2Size, V2AAInfo));
1218       if (PN > V2)
1219         std::swap(Locs.first, Locs.second);
1220       // Analyse the PHIs' inputs under the assumption that the PHIs are
1221       // NoAlias.
1222       // If the PHIs are May/MustAlias there must be (recursively) an input
1223       // operand from outside the PHIs' cycle that is MayAlias/MustAlias or
1224       // there must be an operation on the PHIs within the PHIs' value cycle
1225       // that causes a MayAlias.
1226       // Pretend the phis do not alias.
1227       AliasResult Alias = NoAlias;
1228       assert(AliasCache.count(Locs) &&
1229              "There must exist an entry for the phi node");
1230       AliasResult OrigAliasResult = AliasCache[Locs];
1231       AliasCache[Locs] = NoAlias;
1232
1233       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1234         AliasResult ThisAlias =
1235           aliasCheck(PN->getIncomingValue(i), PNSize, PNAAInfo,
1236                      PN2->getIncomingValueForBlock(PN->getIncomingBlock(i)),
1237                      V2Size, V2AAInfo);
1238         Alias = MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1239         if (Alias == MayAlias)
1240           break;
1241       }
1242
1243       // Reset if speculation failed.
1244       if (Alias != NoAlias)
1245         AliasCache[Locs] = OrigAliasResult;
1246
1247       return Alias;
1248     }
1249
1250   SmallPtrSet<Value*, 4> UniqueSrc;
1251   SmallVector<Value*, 4> V1Srcs;
1252   for (Value *PV1 : PN->incoming_values()) {
1253     if (isa<PHINode>(PV1))
1254       // If any of the source itself is a PHI, return MayAlias conservatively
1255       // to avoid compile time explosion. The worst possible case is if both
1256       // sides are PHI nodes. In which case, this is O(m x n) time where 'm'
1257       // and 'n' are the number of PHI sources.
1258       return MayAlias;
1259     if (UniqueSrc.insert(PV1).second)
1260       V1Srcs.push_back(PV1);
1261   }
1262
1263   AliasResult Alias = aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo,
1264                                  V1Srcs[0], PNSize, PNAAInfo);
1265   // Early exit if the check of the first PHI source against V2 is MayAlias.
1266   // Other results are not possible.
1267   if (Alias == MayAlias)
1268     return MayAlias;
1269
1270   // If all sources of the PHI node NoAlias or MustAlias V2, then returns
1271   // NoAlias / MustAlias. Otherwise, returns MayAlias.
1272   for (unsigned i = 1, e = V1Srcs.size(); i != e; ++i) {
1273     Value *V = V1Srcs[i];
1274
1275     AliasResult ThisAlias = aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo,
1276                                        V, PNSize, PNAAInfo);
1277     Alias = MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1278     if (Alias == MayAlias)
1279       break;
1280   }
1281
1282   return Alias;
1283 }
1284
1285 // aliasCheck - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate in common cases,
1286 // such as array references.
1287 //
1288 AliasResult BasicAliasAnalysis::aliasCheck(const Value *V1, uint64_t V1Size,
1289                                            AAMDNodes V1AAInfo, const Value *V2,
1290                                            uint64_t V2Size,
1291                                            AAMDNodes V2AAInfo) {
1292   // If either of the memory references is empty, it doesn't matter what the
1293   // pointer values are.
1294   if (V1Size == 0 || V2Size == 0)
1295     return NoAlias;
1296
1297   // Strip off any casts if they exist.
1298   V1 = V1->stripPointerCasts();
1299   V2 = V2->stripPointerCasts();
1300
1301   // If V1 or V2 is undef, the result is NoAlias because we can always pick a
1302   // value for undef that aliases nothing in the program.
1303   if (isa<UndefValue>(V1) || isa<UndefValue>(V2))
1304     return NoAlias;
1305
1306   // Are we checking for alias of the same value?
1307   // Because we look 'through' phi nodes we could look at "Value" pointers from
1308   // different iterations. We must therefore make sure that this is not the
1309   // case. The function isValueEqualInPotentialCycles ensures that this cannot
1310   // happen by looking at the visited phi nodes and making sure they cannot
1311   // reach the value.
1312   if (isValueEqualInPotentialCycles(V1, V2))
1313     return MustAlias;
1314
1315   if (!V1->getType()->isPointerTy() || !V2->getType()->isPointerTy())
1316     return NoAlias;  // Scalars cannot alias each other
1317
1318   // Figure out what objects these things are pointing to if we can.
1319   const Value *O1 = GetUnderlyingObject(V1, *DL, MaxLookupSearchDepth);
1320   const Value *O2 = GetUnderlyingObject(V2, *DL, MaxLookupSearchDepth);
1321
1322   // Null values in the default address space don't point to any object, so they
1323   // don't alias any other pointer.
1324   if (const ConstantPointerNull *CPN = dyn_cast<ConstantPointerNull>(O1))
1325     if (CPN->getType()->getAddressSpace() == 0)
1326       return NoAlias;
1327   if (const ConstantPointerNull *CPN = dyn_cast<ConstantPointerNull>(O2))
1328     if (CPN->getType()->getAddressSpace() == 0)
1329       return NoAlias;
1330
1331   if (O1 != O2) {
1332     // If V1/V2 point to two different objects we know that we have no alias.
1333     if (isIdentifiedObject(O1) && isIdentifiedObject(O2))
1334       return NoAlias;
1335
1336     // Constant pointers can't alias with non-const isIdentifiedObject objects.
1337     if ((isa<Constant>(O1) && isIdentifiedObject(O2) && !isa<Constant>(O2)) ||
1338         (isa<Constant>(O2) && isIdentifiedObject(O1) && !isa<Constant>(O1)))
1339       return NoAlias;
1340
1341     // Function arguments can't alias with things that are known to be
1342     // unambigously identified at the function level.
1343     if ((isa<Argument>(O1) && isIdentifiedFunctionLocal(O2)) ||
1344         (isa<Argument>(O2) && isIdentifiedFunctionLocal(O1)))
1345       return NoAlias;
1346
1347     // Most objects can't alias null.
1348     if ((isa<ConstantPointerNull>(O2) && isKnownNonNull(O1)) ||
1349         (isa<ConstantPointerNull>(O1) && isKnownNonNull(O2)))
1350       return NoAlias;
1351
1352     // If one pointer is the result of a call/invoke or load and the other is a
1353     // non-escaping local object within the same function, then we know the
1354     // object couldn't escape to a point where the call could return it.
1355     //
1356     // Note that if the pointers are in different functions, there are a
1357     // variety of complications. A call with a nocapture argument may still
1358     // temporary store the nocapture argument's value in a temporary memory
1359     // location if that memory location doesn't escape. Or it may pass a
1360     // nocapture value to other functions as long as they don't capture it.
1361     if (isEscapeSource(O1) && isNonEscapingLocalObject(O2))
1362       return NoAlias;
1363     if (isEscapeSource(O2) && isNonEscapingLocalObject(O1))
1364       return NoAlias;
1365   }
1366
1367   // If the size of one access is larger than the entire object on the other
1368   // side, then we know such behavior is undefined and can assume no alias.
1369   if (DL)
1370     if ((V1Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1371          isObjectSmallerThan(O2, V1Size, *DL, *TLI)) ||
1372         (V2Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1373          isObjectSmallerThan(O1, V2Size, *DL, *TLI)))
1374       return NoAlias;
1375
1376   // Check the cache before climbing up use-def chains. This also terminates
1377   // otherwise infinitely recursive queries.
1378   LocPair Locs(MemoryLocation(V1, V1Size, V1AAInfo),
1379                MemoryLocation(V2, V2Size, V2AAInfo));
1380   if (V1 > V2)
1381     std::swap(Locs.first, Locs.second);
1382   std::pair<AliasCacheTy::iterator, bool> Pair =
1383     AliasCache.insert(std::make_pair(Locs, MayAlias));
1384   if (!Pair.second)
1385     return Pair.first->second;
1386
1387   // FIXME: This isn't aggressively handling alias(GEP, PHI) for example: if the
1388   // GEP can't simplify, we don't even look at the PHI cases.
1389   if (!isa<GEPOperator>(V1) && isa<GEPOperator>(V2)) {
1390     std::swap(V1, V2);
1391     std::swap(V1Size, V2Size);
1392     std::swap(O1, O2);
1393     std::swap(V1AAInfo, V2AAInfo);
1394   }
1395   if (const GEPOperator *GV1 = dyn_cast<GEPOperator>(V1)) {
1396     AliasResult Result = aliasGEP(GV1, V1Size, V1AAInfo, V2, V2Size, V2AAInfo, O1, O2);
1397     if (Result != MayAlias) return AliasCache[Locs] = Result;
1398   }
1399
1400   if (isa<PHINode>(V2) && !isa<PHINode>(V1)) {
1401     std::swap(V1, V2);
1402     std::swap(V1Size, V2Size);
1403     std::swap(V1AAInfo, V2AAInfo);
1404   }
1405   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V1)) {
1406     AliasResult Result = aliasPHI(PN, V1Size, V1AAInfo,
1407                                   V2, V2Size, V2AAInfo);
1408     if (Result != MayAlias) return AliasCache[Locs] = Result;
1409   }
1410
1411   if (isa<SelectInst>(V2) && !isa<SelectInst>(V1)) {
1412     std::swap(V1, V2);
1413     std::swap(V1Size, V2Size);
1414     std::swap(V1AAInfo, V2AAInfo);
1415   }
1416   if (const SelectInst *S1 = dyn_cast<SelectInst>(V1)) {
1417     AliasResult Result = aliasSelect(S1, V1Size, V1AAInfo,
1418                                      V2, V2Size, V2AAInfo);
1419     if (Result != MayAlias) return AliasCache[Locs] = Result;
1420   }
1421
1422   // If both pointers are pointing into the same object and one of them
1423   // accesses is accessing the entire object, then the accesses must
1424   // overlap in some way.
1425   if (DL && O1 == O2)
1426     if ((V1Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1427          isObjectSize(O1, V1Size, *DL, *TLI)) ||
1428         (V2Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1429          isObjectSize(O2, V2Size, *DL, *TLI)))
1430       return AliasCache[Locs] = PartialAlias;
1431
1432   AliasResult Result =
1433       AliasAnalysis::alias(MemoryLocation(V1, V1Size, V1AAInfo),
1434                            MemoryLocation(V2, V2Size, V2AAInfo));
1435   return AliasCache[Locs] = Result;
1436 }
1437
1438 bool BasicAliasAnalysis::isValueEqualInPotentialCycles(const Value *V,
1439                                                        const Value *V2) {
1440   if (V != V2)
1441     return false;
1442
1443   const Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(V);
1444   if (!Inst)
1445     return true;
1446
1447   if (VisitedPhiBBs.empty())
1448     return true;
1449
1450   if (VisitedPhiBBs.size() > MaxNumPhiBBsValueReachabilityCheck)
1451     return false;
1452
1453   // Use dominance or loop info if available.
1454   DominatorTreeWrapperPass *DTWP =
1455       getAnalysisIfAvailable<DominatorTreeWrapperPass>();
1456   DominatorTree *DT = DTWP ? &DTWP->getDomTree() : nullptr;
1457   auto *LIWP = getAnalysisIfAvailable<LoopInfoWrapperPass>();
1458   LoopInfo *LI = LIWP ? &LIWP->getLoopInfo() : nullptr;
1459
1460   // Make sure that the visited phis cannot reach the Value. This ensures that
1461   // the Values cannot come from different iterations of a potential cycle the
1462   // phi nodes could be involved in.
1463   for (auto *P : VisitedPhiBBs)
1464     if (isPotentiallyReachable(P->begin(), Inst, DT, LI))
1465       return false;
1466
1467   return true;
1468 }
1469
1470 /// GetIndexDifference - Dest and Src are the variable indices from two
1471 /// decomposed GetElementPtr instructions GEP1 and GEP2 which have common base
1472 /// pointers.  Subtract the GEP2 indices from GEP1 to find the symbolic
1473 /// difference between the two pointers.
1474 void BasicAliasAnalysis::GetIndexDifference(
1475     SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &Dest,
1476     const SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &Src) {
1477   if (Src.empty())
1478     return;
1479
1480   for (unsigned i = 0, e = Src.size(); i != e; ++i) {
1481     const Value *V = Src[i].V;
1482     ExtensionKind Extension = Src[i].Extension;
1483     int64_t Scale = Src[i].Scale;
1484
1485     // Find V in Dest.  This is N^2, but pointer indices almost never have more
1486     // than a few variable indexes.
1487     for (unsigned j = 0, e = Dest.size(); j != e; ++j) {
1488       if (!isValueEqualInPotentialCycles(Dest[j].V, V) ||
1489           Dest[j].Extension != Extension)
1490         continue;
1491
1492       // If we found it, subtract off Scale V's from the entry in Dest.  If it
1493       // goes to zero, remove the entry.
1494       if (Dest[j].Scale != Scale)
1495         Dest[j].Scale -= Scale;
1496       else
1497         Dest.erase(Dest.begin() + j);
1498       Scale = 0;
1499       break;
1500     }
1501
1502     // If we didn't consume this entry, add it to the end of the Dest list.
1503     if (Scale) {
1504       VariableGEPIndex Entry = { V, Extension, -Scale };
1505       Dest.push_back(Entry);
1506     }
1507   }
1508 }